CN102062169A - 一种陶瓷型汽车制动摩擦片及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆制动摩擦材料及其生产方法的改进技术，是一种陶瓷型汽车制动摩擦片，其成份和重量百分比为：有机硅改性酚醛树脂3-6%，超级棉陶瓷纤维2-10%，有机纤维1-6%，灰绿色硅酸盐短纤维2-10%，金属铜、铝中的一种或两种2-6%，多孔焦炭2-15%，石墨4-12%，减噪剂2-10%，橡胶颗粒料2-8%，金属硫化物2-8%，余量为性能调节剂；本发明生产方法包括：背板准备、原材料处理、称重配料、混料、预成型毛坯、热压定型、热处理固化、去毛边喷涂、平磨倒角、表面焦化、印标包装入库，本发明解决了现有石棉型、半金属型摩擦片不能满足高端市场要求、生产工艺相对落后的问题，主要用于汽车盘式制动器中。

Description

一种陶瓷型汽车制动摩擦片及其生产方法

㈠技术领域：本发明涉及汽车盘式制动器中使用的摩擦材料配方及其生产工艺的改进技术，尤其是一种陶瓷型汽车制动摩擦片及其生产方法。

㈡背景技术：随着汽车技术的飞速发展，对汽车材料性能提出了更高的要求，材料技术是汽车工业技术创新的重要内容和物质基础。新材料的开发与应用不仅促进了汽车的生产技术进步，同时将推动材料工业本身的发展与进步，对我国国民经济的发展具有相当重要意义。作为汽车摩擦材料的发展趋势也必然朝着具有更高技术含量的高性能陶瓷型配方摩擦材料的方向发展。

现在摩擦材料改进和研究的主要方向是提高其热稳定性、耐磨性、稳定的摩擦系数和低噪音。而高性能陶瓷型配方制动摩擦片的开发应用正是符合了摩擦材料的发展趋势，满足了汽车摩擦材料日益发展的需要，可应用于高级轿车盘式制动器，同时也可以作为其它尖端设备的制动材料予以推广。然而，目前市场上常见的刹车摩擦片多为石棉配方型、半金属配方型产品，其性能越来越不能满足市场需求，其工艺已相对落后。主要体现如下四方面：其一，寿命（包括对偶寿命）相对较短；其二，噪声污染、粉尘（包括石棉微粒粉尘）污染严重；其三、高温制动可靠性较差；其四，生产设备落后，工艺简单，产品质量一致性差，效率低下，劳动强度大，环境污染严重。为此，需要开发研究高性能的摩擦材料才能更好的确保汽车制动性能的稳定，保证行车安全。在制造过程中，推出新工艺，减少污染，节约能源，促进产业可持续发展。

众所周知，石棉摩擦材料目前在欧洲、北美、日本等地区与国家已限制使用。为了与国际市场接轨，近年来国内一些摩擦材料生产企业正在积极开展无石棉摩擦材料配方的研制，都在积极寻找石棉替代品，如改用无机纤维（矿物纤维）、玻璃纤维、钢纤维、铝纤维、有机纤维（芳伦纤维、麻纤维、纤维素纤维）等，但在配方体系、生产设备、工艺方面仍然没有重大突破，在性能方面的突破也不明显。另外由于摩擦材料生产配方属于商业秘密，是企业的立身之本，不存在各个企业之间的实质性交流与合作，每个企业的材料配方基本属于专用，因此要想提高行业整体水平将是一个漫长的过程。

㈢发明内容：本发明的目的就是要解决现有车用摩擦片寿命相对较短，噪声、粉尘污染严重，高温制动可靠性较差，其生产工艺落后，效率低，劳动强度大，环境污染严重的问题，提供一种陶瓷型汽车制动摩擦片及其生产方法。

本发明的具体方案是：本发明陶瓷型汽车制动摩擦片，其成份和重量百分比为：有机硅改性酚醛树脂3-6%，超级棉陶瓷纤维2-10%，有机纤维1-6%，灰绿色硅酸盐短纤维2-10%，金属铜、铝中的一种或两种2-6%，多孔焦炭2-15%，石墨4-12%，减噪剂2-10%，橡胶颗粒料2-8%，金属硫化物2-8%，余量为性能调节剂。

本发明中所述有机纤维是选用炭纤维、木质纤维、纤维素纤维、芳伦纤维、PAN纤维中的一种或几种。

本发明中所述金属铜为铜粉、铜粒、铜纤维，金属铝为球形铝粒、铝纤维。

本发明中所述减噪剂是选用合成氢化硅酸钙和石墨形成的颗粒物，或选用合成氢化硅酸钙和焦炭形成的颗粒物，两种颗粒物的平均颗粒直径为1.4mm。

本发明中所述橡胶颗粒料为丁腈橡胶、丁苯橡胶、硫磺、碳酸钙、催化剂的混合物经造粒形成的颗粒料。

本发明中所述金属硫化物为硫化铜、硫化铁、硫化锰、硫化锌中的一种或几种。

本发明中所述性能调节剂是由硫酸钡和蛭石和冰晶石和摩擦粉和硅灰粉和轻质碳酸钙和磷酸盐和卤化物组成的混合料。

本发明提出制造上述陶瓷型汽车制动摩擦片的生产方法，其特征是：包括以下步骤：

⑴背板处理：背板去油污→喷砂→涂胶；

⑵原材料处理：采用造粒机进行橡胶预混造粒，减噪剂造粒；

⑶称重配料；

⑷将配好的物料送至立式高速混料机完成混料；

⑸采用模具、压机进行预成型毛坯；

⑹热压定型：执行以下流程：在上、下模上涂刷脱模剂→将预成型毛坯放入上、下模的模腔中→放背板→闭模压制→排气→保压→脱模→模具清理，压制、排气、保压具体程序参数为：下模温度175℃、上模温度165℃；压力为20-25Mpa；压制时间为加压60秒→放气10秒→加压50秒→放气10秒→加压50秒→放气10秒→加压40秒→放气10秒→保压250秒；

⑺热处理固化：将热压成型的半成品放入烘箱中，由室温开始升温，升温速度为每分钟1-2℃，当烘箱温度达到140℃，每分钟升高1℃，最后在200-210℃保温4小时，达到时间后，关闭加热器，降温至100℃以下，打开烘箱门自然冷却至室温取出产品；

⑻去毛边、喷涂；

⑼在组合磨床上进行磨平面加工和倒角加工；

⑽表面650℃高温焦化；

⑾检验合格后喷码标识、包装、入库。

本发明在配方陶瓷型配方汽车制动摩擦片由多元体系共混、多种材料复合、特殊工艺加工，最终在性能在表现出优越的高温性能、安全舒适的制动（无噪音、震颤）性能、使用寿命长（包括制动对偶件）等特点，主要用于高级轿车的原装配套，当然也可适用于其它尖端设备的制动系统上。本发明名称里的“陶瓷型”一词是从配方的角度来说的，生产刹车片的配方为陶瓷型配方。这里面的“陶瓷”二字实际上并非真正的陶瓷，从某种意义来讲，它也像生产陶瓷一样，讲究配方，是多种材料的复合，在其特定温度条件下模压成型后加工成供高级轿车使用的高性能刹车片，从广义上讲，属于陶瓷的范畴。我们所说的陶瓷型配方也是着重从性能方面来讲的，该配方制品性能较常规配方制品性能具备下述特征：

——使用寿命更长（包括对偶寿命）

——超低制动粉尘

——制动过程平稳，安静

——可配套车型广泛

——环保（无石棉和其它有害物质的粉尘污染、噪音污染）

为了达到上述性能，本发明在材料配方上作了如下选择并从性能上进行了相应的机理分析：

1）陶瓷型配方制动摩擦片的高温性能在很大程度上取决于树脂的耐温性、某些无机材料在高温条件下的粘结性能和自身因化学反应而产生的粘结能力。本发明中选用了有机硅改性酚醛树脂，本树脂具有耐热性高，热失重小，韧性高等优异性能，因此在一定程度上提高了其自身的耐温性，另外，在配方体系中加入了摩擦性能调节剂（其主要组分为活性石墨、金属硫化物、卤化物、磷酸盐等混合物组成的复合固体润滑剂），在很大程度上弥补了由于有机粘结剂高温炭化使摩擦性能衰退这一不足，摩擦性能调节剂中的金属硫化物、氟化物能在高温时起到无机粘结作用，从而高温摩擦、磨损性能得到了很大的改善。与此同时，多元体系中加入适量的优良导热材料，使之形成一个连续的导热网，在刹车制动的过程中，因材料本身具有良好的导热性从而保证摩擦过程散热良好，使摩擦界面温度不会急剧上升，这实际上变相的提高和改善了材料的高温性能。

2）陶瓷型配方汽车制动摩擦片的使用寿命（包括对偶）很大程度上取决于多元体系的合理配比，各种有机、无机材料的粒度分布以及润滑组元的种类。在高温制动过程中，由于配方中复合材料之间发生化学反应，加之润滑组元的作用，在摩擦材料表面和对偶表面同时生成薄薄的转移膜，随着不断地磨损，新的薄膜不断形成，这样就避免了两接触面的直接摩擦即干摩擦，从而保证了摩擦材料及对偶磨损较小。通过大量试验分析得出结论，本发明陶瓷型配方制品在经过600℃的高温制动后，表面发生了复杂的化学反应，形成的高温保护膜从根本上保证材料热稳定性。其次，配方中材料的粒度分布对摩擦磨损有很大影响，材料的硬度、刚度、弹性等本性决定了摩擦材料与对偶之间是研磨磨损、啮合磨损、表面疲劳磨损还是擦伤磨损。本发明中尽量选用了一些硬度低而又有很好的摩擦系数的材料，如冰晶石，特殊人工合成软质磨料，另外有针对性选用了一些弹性材料，尽量避免选用像刚玉、碳化硅等硬度高的材料，针对硬度稍高的材料粒度也基本上趋于微粉，比例上严格控制，这些硬度稍高的材料能切削转移到对偶面上的堆积物和氧化物，对对偶表面有抛光自洁的功能，同时可以保证高温摩擦系数，增强耐磨损性。摩擦剂的各种性能，如硬度、粒度、密度、比表面积、化学组成、热性能、导热系数、热物理和热化学效应等与摩擦材料的性能具有密切关系，有时也影响生产过程的工艺性能。

3）陶瓷型配方汽车制动摩擦片的另一显著特点就是制动的舒适性，安静平稳制动、无噪音、震颤。基于这一点首先要保证模压成型的制品有较高的显气孔率（15%左右），较低的硬度（HRM65左右），否则在多方面因素共同作用下就容易产生高频噪音即尖叫声。另外配方体系中，加入了减噪剂以及像蛭石、多孔焦炭材料、橡胶颗粒等材料，这些材料有一定的吸音效果。其次，在配方中加入的有机材料在不同温度下发生炭化形成微小孔洞，从根本上改善了制动噪音问题，更进一步提高陶瓷型配方的综合性能。

本发明摩擦片具有高且稳定的摩擦系数、低的磨损率、优越的热稳定性、无噪音和安全舒适的制动性能，是国内乃至国际摩擦材料行业的发展趋势。陶瓷型配方生产技术可以真正使刹车片达到无噪音、无粉尘、磨损性能佳、使用寿命更长，从根本上提升了传统的摩擦材料的性能。

通过对原材料的精细选择、各组元的合理配比加之特殊的工艺，从根本上赋予了本发明的良好性能。

本发明生产方法操作简单，劳动强度减轻，能耗小，无粉尘污染，产品质量有保证，生产效率高。

㈣具体实施方式：

例1：生产一批车用摩擦片工艺步骤如下：

⑴背板处理：背板去油污→喷砂→涂胶；

⑵原材料处理：采用造粒机进行橡胶预混造粒，减噪剂造粒；

⑶称重配料；取有机硅改性酚醛树脂3公斤，超级棉陶瓷纤维10公斤，炭纤维1公斤，灰绿色硅酸盐短纤维2公斤，铜粉2公斤，多孔焦炭2公斤，人造石墨4公斤，减噪剂（合成氢化硅酸钙和石墨形成的颗粒物）2公斤，橡胶颗粒料（该橡胶颗粒料为丁腈橡胶、丁苯橡胶、硫磺、碳酸钙、催化剂的混合物经造粒形成的颗粒料）8公斤，硫化铜2公斤，余量为性能调节剂（是由硫酸钡和蛭石和冰晶石和摩擦粉和硅灰粉和轻质碳酸钙和磷酸盐和卤化物组成的混合料，各原料重量可一致，也可根据性能需要向其中的一种或几种倾斜）。

⑷将配好的物料送至立式高速混料机完成混料；

⑸采用模具、压机进行预成型毛坯；

⑹热压定型：执行以下流程：在上、下模上涂刷脱模剂→将预成型毛坯放入上、下模的模腔中→放背板→闭模压制→排气→保压→脱模→模具清理，压制、排气、保压具体程序参数为：下模温度175℃、上模温度165℃；压力为20-25Mpa；压制时间为加压60秒→放气10秒→加压50秒→放气10秒→加压50秒→放气10秒→加压40秒→放气10秒→保压250秒；

⑺热处理固化：将热压成型的半成品放入烘箱中，由室温开始升温，升温速度每分钟约1-2℃，当烘箱温度达到140℃，每分钟升高1℃，最后在200-210℃保温4小时，达到时间后，关闭加热器，降温至100℃以下，打开烘箱门冷却至室温取出产品；

⑻去毛边、喷涂；

⑼在组合磨床上进行磨平面加工和倒角加工；

⑽表面650℃高温焦化；

⑾检验合格后喷码标识、包装、入库。

例2：生产第二批车用摩擦片工艺步骤同例1，但其中原材料配比改为：有机硅改性酚醛树脂4公斤，超级棉陶瓷纤维9公斤，木质纤维6公斤，灰绿色硅酸盐短纤维8公斤，球形铝粒3公斤，多孔焦炭4公斤，磷片石墨5公斤，减噪剂（合成氢化硅酸钙和焦炭形成的颗粒物）6公斤，橡胶颗粒料2公斤，硫化铁4公斤，余量为性能调节剂（是由硫酸钡和蛭石和冰晶石和摩擦粉和硅灰粉和轻质碳酸钙和磷酸盐和卤化物组成的混合料，各原料重量可一致，也可根据性能需要向其中的一种或几种倾斜）。

例3：生产第三批车用摩擦片工艺步骤同例1，但其中原材料配比改为：有机硅改性酚醛树脂5公斤，超级棉陶瓷纤维6公斤，纤维素纤维2公斤，灰绿色硅酸盐短纤维10公斤，铜纤维4公斤，多孔焦炭8公斤，人造石墨7公斤，减噪剂8公斤，橡胶颗粒料4公斤，硫化锰3公斤，余量为性能调节剂（是由硫酸钡和蛭石和冰晶石和摩擦粉和硅灰粉和轻质碳酸钙和磷酸盐和卤化物组成的混合料，各原料重量可一致，也可根据性能需要向其中的一种或几种倾斜）。

例4：生产第四批车用摩擦片工艺步骤同例1，但其中原材料配比改为：有机硅改性酚醛树脂6公斤，超级棉陶瓷纤维2公斤，PAN纤维6公斤，灰绿色硅酸盐短纤维3公斤，铝纤维6公斤，多孔焦炭10公斤，人造石墨5公斤，磷片石墨3公斤，减噪剂10公斤，橡胶颗粒料5公斤，硫化锌5公斤，余量为性能调节剂（是由硫酸钡和蛭石和冰晶石和摩擦粉和硅灰粉和轻质碳酸钙和磷酸盐和卤化物组成的混合料，各原料重量可一致，也可根据性能需要向其中的一种或几种倾斜）。

例5：生产第五批车用摩擦片工艺步骤同例1，但其中原材料配比改为：有机硅改性酚醛树脂5公斤，超级棉陶瓷纤维5公斤，木质纤维和芳伦纤维各1.5公斤，灰绿色硅酸盐短纤维4公斤，铜粒5公斤，多孔焦炭6公斤，活性石墨10公斤，减噪剂6公斤，橡胶颗粒料6公斤，硫化锌8公斤，余量为性能调节剂（是由硫酸钡和蛭石和冰晶石和摩擦粉和硅灰粉和轻质碳酸钙和磷酸盐和卤化物组成的混合料，各原料重量可一致，也可根据性能需要向其中的一种或几种倾斜）。

 例6：生产第六批车用摩擦片工艺步骤同例1，但其中原材料配比改为：有机硅改性酚醛树脂3公斤，超级棉陶瓷纤维3公斤，芳伦纤维和木质纤维和PAN各2公斤，灰绿色硅酸盐短纤维10公斤，铜纤维6公斤，多孔焦炭12公斤，磷片石墨11公斤，减噪剂2公斤，橡胶颗粒料7公斤，硫化铁和硫化铜各3公斤，余量为性能调节剂（是由硫酸钡和蛭石和冰晶石和摩擦粉和硅灰粉和轻质碳酸钙和磷酸盐和卤化物组成的混合料，各原料重量可一致，也可根据性能需要向其中的一种或几种倾斜）。

例7：生产第七批车用摩擦片工艺步骤同例1，但其中原材料配比改为：有机硅改性酚醛树脂4公斤，超级棉陶瓷纤维4公斤，炭纤维和木质纤维和纤维素纤维和芳伦各1公斤，灰绿色硅酸盐短纤维6公斤，铜粒和铝粒各2公斤，多孔焦炭14公斤，人造石墨9公斤，减噪剂4公斤，橡胶颗粒料8公斤，硫化锰和硫化锌和硫化铁各1公斤，余量为性能调节剂（是由硫酸钡和蛭石和冰晶石和摩擦粉和硅灰粉和轻质碳酸钙和磷酸盐和卤化物组成的混合料，各原料重量可一致，也可根据性能需要向其中的一种或几种倾斜）。

例8：生产第八批车用摩擦片工艺步骤同例1，但其中原材料配比改为：有机硅改性酚醛树脂6公斤，超级棉陶瓷纤维8公斤，木质纤维和PAN各3公斤，灰绿色硅酸盐短纤维4公斤，铜纤维和铝纤维各2.5公斤，多孔焦炭15公斤，人造石墨12公斤，减噪剂5公斤，橡胶颗粒料5公斤，硫化铜和硫化锰和硫化锌和硫化铁各2公斤，余量为性能调节剂（是由硫酸钡和蛭石和冰晶石和摩擦粉和硅灰粉和轻质碳酸钙和磷酸盐和卤化物组成的混合料，各原料重量可一致，也可根据性能需要向其中的一种或几种倾斜）。

Claims (8)

1.一种陶瓷型汽车制动摩擦片，其成份和重量百分比为：有机硅改性酚醛树脂3-6%，超级棉陶瓷纤维2-10%，有机纤维1-6%，灰绿色硅酸盐短纤维2-10%，金属铜、铝中的一种或两种2-6%，多孔焦炭2-15%，石墨4-12%，减噪剂2-10%，橡胶颗粒料2-8%，金属硫化物2-8%，余量为性能调节剂。

2.根据权利要求1所述的一种陶瓷型汽车制动摩擦片，其特征是：所述有机纤维是选用炭纤维、木质纤维、纤维素纤维、芳伦纤维、PAN纤维中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种陶瓷型汽车制动摩擦片，其特征是：所述金属铜为铜粉、铜粒、铜纤维，金属铝为球形铝粒、铝纤维。

4.根据权利要求1所述的一种陶瓷型汽车制动摩擦片，其特征是：所述减噪剂是选用合成氢化硅酸钙和石墨形成的颗粒物，或选用合成氢化硅酸钙和焦炭形成的颗粒物，两种颗粒物的平均颗粒直径为1.4mm。

5.根据权利要求1所述的一种陶瓷型汽车制动摩擦片，其特征是：所述橡胶颗粒料为丁腈橡胶、丁苯橡胶、硫磺、碳酸钙、催化剂的混合物经造粒形成的颗粒料。

6.根据权利要求1所述的一种陶瓷型汽车制动摩擦片，其特征是：所述金属硫化物为硫化铜、硫化铁、硫化锰、硫化锌中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种陶瓷型汽车制动摩擦片，其特征是：所述性能调节剂是由硫酸钡和蛭石和冰晶石和摩擦粉和硅灰粉和轻质碳酸钙和磷酸盐和卤化物组成的混合料。

8.制造权利要求1所述的一种陶瓷型汽车制动摩擦片的生产方法，其特征是：包括以下步骤：

⑴背板处理：背板去油污→喷砂→涂胶；

⑵原材料处理：采用造粒机进行橡胶预混造粒，减噪剂造粒；

⑶称重配料；

⑷将配好的物料送至立式高速混料机完成混料；

⑸采用模具、压机进行预成型毛坯；

⑹热压定型：执行以下流程：在上、下模上涂刷脱模剂→将预成型毛坯放入上、下模的模腔中→放背板→闭模压制→排气→保压→脱模→模具清理；压制、排气、保压具体程序参数为：下模温度175℃、上模温度165℃；压力为20-25Mpa；压制时间为加压60秒→放气10秒→加压50秒→放气10秒→加压50秒→放气10秒→加压40秒→放气10秒→保压250秒；

⑺热处理固化：将热压成型的半成品放入烘箱中，由室温开始升温，升温速度为每分钟1-2℃，当烘箱温度达到140℃，每分钟升高1℃，最后在200-210℃保温4小时，达到时间后，关闭加热器，降温至100℃以下，打开烘箱门自然冷却至室温取出产品；

⑻去毛边、喷涂；

⑼在组合磨床上进行磨平面加工和倒角加工；

⑽表面650℃高温焦化；

⑾检验合格后喷码标识、包装、入库。